月球上“挖”出嫦娥石

□文/蘭從古

2022年的中秋節(jié)來(lái)臨之際，正當(dāng)人們仰望頭頂一輪明凈的圓月、為千家萬(wàn)戶(hù)的歡聚一堂而慶祝時(shí)，中國(guó)科學(xué)家鄭重宣布，首次發(fā)現(xiàn)月球上的新礦物——嫦娥石。

這份來(lái)自月球的中秋“大禮”，被賦予“嫦娥”這個(gè)令人神往的名字，讓一粒小小的巖石顆粒洋溢著詩(shī)情畫(huà)意般的浪漫。雖然人類(lèi)發(fā)現(xiàn)它的過(guò)程中充滿困難和艱辛，著實(shí)談不上浪漫，但是科學(xué)家在探索的道路上始終滿懷著樂(lè)觀、自信和熱望。

取名“嫦娥”，寓意深長(zhǎng)

嫦娥石是一種柱形晶體狀的磷酸鹽礦物，存在于月球玄武巖顆粒中。中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)X射線衍射等一系列技術(shù)手段，在14萬(wàn)個(gè)月壤顆粒中分離出直徑約為10微米的顆粒，并成功解釋了它的晶體結(jié)構(gòu)。國(guó)際礦物界公認(rèn)，這是在月球上發(fā)現(xiàn)的一種新礦物。這項(xiàng)驕人成就，取得了礦物研究領(lǐng)域的重大突破，是從0到1的原創(chuàng)性成果，豐富了人類(lèi)礦物學(xué)的理論寶庫(kù)，必將帶動(dòng)一系列相關(guān)科學(xué)研究的巨大進(jìn)步。

這粒顯露出真面目的月壤樣品，位居人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的月球新礦種第六名，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)發(fā)現(xiàn)新月礦的國(guó)家，為和平開(kāi)發(fā)和利用太空資源貢獻(xiàn)了中國(guó)力量。對(duì)于它的命名，自然要凸現(xiàn)中國(guó)特色。

“嫦娥石”是我國(guó)科學(xué)家精心挑選的名字。首先，是為了紀(jì)念“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器首次取回月壤；其次，象征著這種礦物來(lái)自中國(guó)神話人物嫦娥所居住的月宮。從發(fā)音上看，中文“石”的拼音（shí）和英文“石”的單詞（stone）開(kāi)頭字母都是“s”，讀音接近嫦娥石中的“石”，國(guó)內(nèi)外都好理解。

據(jù)專(zhuān)家介紹，之前有關(guān)月球地理方面的中國(guó)命名有35個(gè)，諸如“廣寒宮”“織女”“河鼓”等?！版隙鹗迸c它們一樣，同樣體現(xiàn)出探月領(lǐng)域的華夏文化色彩，并被國(guó)際所認(rèn)可，再次展示了科學(xué)與藝術(shù)相融合的中國(guó)式浪漫。

謹(jǐn)慎操作，確保精準(zhǔn)

“嫦娥五號(hào)”千辛萬(wàn)苦帶回的月壤 供圖/人民視覺(jué)

開(kāi)展月壤研究也是探月工程的一項(xiàng)艱巨任務(wù)，不是誰(shuí)都能夠隨便參與的。經(jīng)過(guò)一番激烈的競(jìng)爭(zhēng)，中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院獲得批準(zhǔn)，成為第一批開(kāi)展月壤研究的單位，并獲得首批50毫克月壤樣品。

月壤是彌足珍貴的“寶貝疙瘩”，在選取化驗(yàn)樣品時(shí)要格外小心，絲毫不能浪費(fèi)，必須用好每一顆。這考驗(yàn)著研究人員的耐心和技能。在超凈實(shí)驗(yàn)室里，研究人員用高精度天平取樣，這種天平可以精確到0.001毫克。要準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1毫克樣品，相當(dāng)于選取一顆綠豆的1/6 000那么一點(diǎn)兒，手稍微一抖就出現(xiàn)失誤。每次稱(chēng)量總是先目估，目不轉(zhuǎn)睛地盯著藥匙里幾乎看不見(jiàn)的小黑點(diǎn)，再三掂量，估計(jì)不會(huì)超量，才倒入樣品槽中，然后稱(chēng)3遍，確保準(zhǔn)確無(wú)誤。

化驗(yàn)前，需要將月壤分為7組。這項(xiàng)工作難度最大，只能在顯微鏡下，用針頭小于0.5微米的鐵針，將樣品一顆一顆送到特定的地方。這些顆粒有的不足頭發(fā)直徑的1/100，只能靠針尖和顆粒之間摩擦產(chǎn)生的靜電吸附起來(lái)。操作時(shí)，只見(jiàn)針尖推著小顆粒在玻璃片上來(lái)回地“跑”，就是取不起來(lái)，這時(shí)只能屏住呼吸、穩(wěn)住手臂，反復(fù)嘗試。研究人員就這樣跟它們死磕了兩個(gè)多月，才最終搞定。

反復(fù)探索，喜獲成果

經(jīng)過(guò)一番努力，研究人員共選取了幾十萬(wàn)個(gè)肉眼看不見(jiàn)的顆粒樣本。經(jīng)過(guò)精心化驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)有些顆粒的成分與已知礦物完全不同，并且稀土含量很高。他們反復(fù)查閱文獻(xiàn)，結(jié)合多年的專(zhuān)業(yè)敏感性，斷定它們非同一般。

判斷一個(gè)新礦物，有兩個(gè)必要條件：化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)。于是，研究人員運(yùn)用掃描電鏡反復(fù)確認(rèn)和準(zhǔn)確定位顆粒樣本上應(yīng)該剔除的部分；接著，用“光刀”從不同角度切掉附在樣品上的其他巖質(zhì)……通過(guò)一系列復(fù)雜的研究，才測(cè)定出它的化學(xué)組成。

正當(dāng)著手測(cè)定結(jié)構(gòu)時(shí)，由于這一直徑只有10微米的顆粒樣本里面含有雜質(zhì)，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)手段，還是電腦模擬處理，都無(wú)法除凈雜質(zhì)。

后來(lái)，研究人員又申請(qǐng)到第二批研究樣品。于是，大家從14萬(wàn)個(gè)顆粒樣本中找到了若干個(gè)疑似的新礦物顆粒，但能測(cè)到單晶結(jié)構(gòu)的只有一顆，而且裂成了3小塊。研究團(tuán)隊(duì)用“光刀”切出一顆直徑約6.5微米的純單晶體，然后用單晶衍射儀測(cè)出了晶體結(jié)構(gòu)。

顯微鏡下的月壤

月壤研究 供圖/人民視覺(jué)

月壤的秘密一定會(huì)被破解

最后，經(jīng)過(guò)一系列分析、計(jì)算、比對(duì)和探究，確定這種礦物是從未被發(fā)現(xiàn)過(guò)的一種磷酸鹽，與生產(chǎn)磷肥的原料相似。不難想到，未來(lái)人類(lèi)如果在月球上種地，一定不缺磷肥。2022年8月，國(guó)際礦物權(quán)威機(jī)構(gòu)全票通過(guò)嫦娥石的研究成果，并頒發(fā)了批準(zhǔn)文書(shū)。

探月工程續(xù)寫(xiě)新篇

一粒不起眼的月壤，卻承載著月球的最初形成、演變歷程、地質(zhì)構(gòu)造、氣候特征以及與其他天體的密切關(guān)系和相互作用等豐富的信息，是揭開(kāi)月球身世與現(xiàn)狀的重要研究對(duì)象，是未來(lái)人類(lèi)開(kāi)發(fā)月球乃至移居之上的“第一階梯”。

2020年12月17日，“嫦娥五號(hào)”帶回1 731克月壤。2021年6月，樣品研究向全社會(huì)開(kāi)放申請(qǐng)。截至發(fā)稿，國(guó)家航天局已經(jīng)分4批將152份共計(jì)53 625.7毫克的月壤正式發(fā)放，有33家科研單位的98位申請(qǐng)人通過(guò)申請(qǐng)。第五批月壤樣品申請(qǐng)也已評(píng)審?fù)戤叄罄m(xù)將陸續(xù)發(fā)放。中國(guó)科學(xué)院、教育部、自然資源部、中核集團(tuán)等多家單位，已經(jīng)獲批承擔(dān)研究任務(wù)，國(guó)外科學(xué)家、留學(xué)生也參加了研究工作。

如今，這方面的研究正如火如荼地持續(xù)開(kāi)展，取得了顯著成效。據(jù)有關(guān)部門(mén)透露，目前已在國(guó)內(nèi)外著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文23篇，申請(qǐng)專(zhuān)利1項(xiàng)。近期發(fā)布的主要成果有巖漿分異、太空風(fēng)化、氦-3氣體以及生物能轉(zhuǎn)化等。這些研究成果，對(duì)認(rèn)識(shí)月球起源、演化乃至深層空間探測(cè)、開(kāi)發(fā)利用月球資源、發(fā)掘“零能耗”的地外環(huán)境和開(kāi)辟人類(lèi)的“第二故鄉(xiāng)”，都具有重要啟示意義。

浩瀚星空廣闊無(wú)垠，探月工程續(xù)寫(xiě)新篇。目前，科學(xué)家正沿著這條漫長(zhǎng)而曲折的道路辛勤跋涉，雖然時(shí)間、精力、經(jīng)費(fèi)等投入有限，但是他們對(duì)天體的好奇之心和探索熱情無(wú)限。我們堅(jiān)信，隨著對(duì)月壤的不斷深入研究，它們終將乖乖地告白自己的身世。